本发明属于煤矿绿色充填开采，具体的说，涉及一种随采随充的综采架后采空区间柱充填与保水开采方法。
背景技术：
1、煤炭开采为保障我国能源安全、促进工业经济发展作出了巨大贡献，但煤炭开采产生的生态环境破坏与资源浪费问题同样制约产煤区可持续发展。一是煤矿生产伴生占比10%~20%的煤矸石，2011年以来每年新增矸石排放量为6.5~7亿吨，累计堆存量超80亿吨，地面污染与占地情况严重；二是煤矿采用垮落法处理空区，造成地下水系结构破坏，含水层水位降低甚至消失，地表沉陷范围扩大，破坏地表形态与建构筑物安全；三是我国建筑物下、铁路下和水体下压煤资源量和边角煤资源量巨大，影响煤矿接续生产。
2、煤矸石胶结充填开采在煤基固废处置与利用、地表沉降控制与环境保护等方面优势显著，已成为煤矿绿色开采的主要方式。但是，在大规模生产矿井煤矸石胶结充填面临充填材料制备工艺复杂、料浆输送稳定性差、大规模充填矸石量不足、充填成本高、采充平衡实现难度大等问题。
3、综采工作面架后采空区胶结充填开采是大规模充填采煤的方法，需要架设模板后充填采空区，充填体硬化达到强度要求后才能进行下一步割煤、移架，采煤和充填难以实现平衡作业，限制工作面生产能力；采空区大面积充填作业量大，需要建设大规模充填站，进行大规模造浆和管道输送，煤矿自身煤矸石骨料方量不足，充填系统工作稳定性难以保证。因此，需要一种稳定性强、沉陷处理效率高可以快速构筑间隔采空区充填体间柱的随采随充的综采架后采空区间柱充填与保水开采方法。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种稳定性强、沉陷处理效率高可以快速构筑间隔采空区充填体间柱的随采随充的综采架后采空区间柱充填与保水开采方法，转变采空区充填思想，将大面积采空区连续充填改为架后采空区间柱快速充填，将连续放顶形成的大采空区间隔成冒落范围小、不影响隔水层的小采空区，同时大幅度减小充填作业方量，无需增设排水管路，简化架后充填作业程序，采煤与充填平行作业，实现煤矸石有效处置和采空区三带发育的有效控制。
2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、随采随充的综采架后采空区间柱充填与保水开采方法，包括如下步骤：
4、（1）在液压支架后方组装综采架后快速充填装置；
5、（2）向综采架后快速充填装置内注入充填料浆，并在充填料浆形成早期强度后形成充填间柱；
6、（3）组装新的综采架后快速充填装置，并随着工作面的推进进行移动，移动距离使得采空区裂隙带不能发育到隔水层，所形成充填间柱完全置于采空区内支撑顶板，防止工作面后方的采空区裂隙带发育至隔水层；
7、（4）向步骤（3）中新的快速充填装置内注入充填料浆，并循环步骤（2）至步骤（3），如此循环最终形成沿工作面长度方向上的整排充填间柱。
8、综采架后快速充填装置包括充填工作台、三通注浆管和充填模具，充填工作台设置在综采液压支架的后侧下部，充填模具设置在充填工作台的后侧，三通注浆管的后端连通充填模具内部，综采液压支架的后侧上部设置有充填液压挡板；
9、充填模具包括模具顶板、模具前侧板、模具后侧板、模具左挡板和模具右挡板，模具前侧板和模具后侧板之间设置有若干上下平行设置的模具横撑，模具前侧板和模具后侧板的底部放置于煤层底板上，模具顶板上开设有排气孔。
10、模具横撑的前端连接模具前侧板，模具横撑的后端连接模具后侧板，模具横撑的前端与模具前侧板之间和模具横撑与模具后侧板之间均设置有胀栓结构。
11、模具前侧板和模具后侧板结构相同，均包括上侧板、中间侧板、下侧板，上侧板的顶端连接模具顶盖的前端，上侧板的底端和中间侧板的底端均设置有连接凸起，中间侧板的顶端和下侧板的顶端均设置有对应于连接凸起的连接凹槽，上侧板与中间侧板的连接处和中间侧板与下侧板的连接处之间均设置有锁紧扣。
12、模具左挡板与模具右挡板之间设置有前连接板组件和后连接板组件，前连接板组件和后连接板组件结构相同，均包括左连接板、中间连接板和右连接板，左连接板、中间连接板和右连接板的左端设置有梯形凹槽， 左连接板、中间连接板和右连接板的右端设置有对应于梯形凹槽的梯形凸起，模具左挡板的右端设置有梯形凸起，模具右挡板的左端设置有梯形凹槽。
13、步骤（1）的具体过程为：
14、①将充填工作台安装在液压支架的后侧；
15、②充填模具紧靠充填工作台组装，使充填工作台为充填模具提供水平支撑作用；
16、③在充填模具的上部侧板上安装三通注浆管；
17、④将充填液压挡板安装在液压支架的后侧上部。
18、步骤（2）具体操作过程为：通过三通注浆管向模具内注入早强充填料浆，注浆前在煤层底板上打锚杆进行固定，锚杆的顶端连接模具最下层的模具横撑，锚杆的下端紧固在煤层底板内，防止注浆过程中充填模具上浮。
19、步骤②的具体过程为：
20、a.组装模具前侧板和模具后侧板，将上侧板、中间侧板和下侧板之间通过连接凸起和连接凹槽安装在一起，并在连接处使用锁紧扣锁紧；
21、b.将模具顶盖安装在模具前侧板和模具后侧板的顶部之间，将若干模具横撑通过胀栓结构上下平行安装在模具前侧板和模具后侧板之间；
22、c.组装模具前连接板组件和后连接板组件，将左连接板、中间连接板和右连接板之间通过梯形凹槽和梯形凸起组装在一起；
23、d.将模具左挡板安装在前连接板组件和后连接板组件的左端，将模具右挡板安装在前连接板组件和后连接板组件的右端。
24、每段充填模具的长度等于一次移架的总宽度，每段充填模具的宽度等于一刀采煤步距。
25、充填模具的材质为轻质高强度塑性材料。
26、本发明在综采工作面架后进行充填模具组装、注浆与采煤平行作业，充填模具采用榫接与榫接和嵌套结构快速分段组装，加入速凝剂形成充填体早期强度，充填间柱由充填模具和硬化后的充填料浆所形成的充填体组成，不需拆模，充填作业灵活安全，人工劳动强度低，便于智能化操控，容易实现采充平衡。
27、本发明的架后充填是将充填料浆分段注入长方体模具，形成充填间柱，其宽度为采煤步距，充填总量大幅度减小，既能充分利用煤矿矸石，又能避免充填骨料不足的问题。
28、本发明在充填间柱对煤层顶板的支撑作用下，将传统采煤方式下采空区连续垮落变为间隔垮落，形成由充填间柱隔离的间断采空区，显著减小采空区范围，有效控制冒落区、裂隙区的扩展范围，阻止隔水层下部诱导裂隙发育，阻断导水通道，保护含水层，抑制地表沉陷。
29、综上所述，本发明操作简单便捷，可以用于压覆煤层和边角煤开采，且有利于推进无煤柱开采，促进煤炭资源充分开发利用，实现了煤矿安全高效绿色的可持续开采，有效地解决了现有方法由于煤矿自身煤矸石骨料方量不足、充填系统工作稳定性难以保证导致开采效率低的技术问题。
1.随采随充的综采架后采空区间柱充填与保水开采方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的随采随充的综采架后采空区间柱充填与保水开采方法，其特征在于：综采架后快速充填装置包括充填工作台、三通注浆管和充填模具，充填工作台设置在综采液压支架的后侧下部，充填模具设置在充填工作台的后侧，三通注浆管的后端连通充填模具内部，综采液压支架的后侧上部设置有充填液压挡板；
3.根据权利要求2所述的随采随充的综采架后采空区间柱充填与保水开采方法，其特征在于：模具横撑的前端连接模具前侧板，模具横撑的后端连接模具后侧板，模具横撑的前端与模具前侧板之间和模具横撑与模具后侧板之间均设置有胀栓结构。
4.根据权利要求3所述的随采随充的综采架后采空区间柱充填与保水开采方法，其特征在于：模具前侧板和模具后侧板结构相同，均包括上侧板、中间侧板、下侧板，上侧板的顶端连接模具顶盖的前端，上侧板的底端和中间侧板的底端均设置有连接凸起，中间侧板的顶端和下侧板的顶端均设置有对应于连接凸起的连接凹槽，上侧板与中间侧板的连接处和中间侧板与下侧板的连接处之间均设置有锁紧扣。
5. 根据权利要求4所述的随采随充的综采架后采空区间柱充填与保水开采方法，其特征在于：模具左挡板与模具右挡板之间设置有前连接板组件和后连接板组件，前连接板组件和后连接板组件结构相同，均包括左连接板、中间连接板和右连接板，左连接板、中间连接板和右连接板的左端设置有梯形凹槽， 左连接板、中间连接板和右连接板的右端设置有对应于梯形凹槽的梯形凸起，模具左挡板的右端设置有梯形凸起，模具右挡板的左端设置有梯形凹槽。
6.根据权利要求5所述的随采随充的综采架后采空区间柱充填与保水开采方法，其特征在于：步骤（1）的具体过程为：
7.根据权利要求5所述的随采随充的综采架后采空区间柱充填与保水开采方法，其特征在于：步骤（2）具体操作过程为：通过三通注浆管向模具内注入早强充填料浆，注浆前在煤层底板上打锚杆进行固定，锚杆的顶端连接模具最下层的模具横撑，锚杆的下端紧固在煤层底板内，防止注浆过程中充填模具上浮。
8.根据权利要求6所述的随采随充的综采架后采空区间柱充填与保水开采方法，其特征在于：步骤②的具体过程为：
9.根据权利要求8所述的随采随充的综采架后采空区间柱充填与保水开采方法，其特征在于：每段充填模具的长度等于一次移架的总宽度，每段充填模具的宽度等于一刀采煤步距。
10.根据权利要求9所述的随采随充的综采架后采空区间柱充填与保水开采方法，其特征在于：充填模具的材质为轻质高强度塑性材料。